APLICACIONES, CLASES Y TIPOS DE HORNOS.pptx

APLICACIONES, CLASES Y TIPOS DE HORNOS
PIROMETALURGIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
DE AREQUIPA
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE
INGENIERÍA DE PROCESOS
Mg. JOSE LUIS PACHECO NEYRA

PROCESOS PIROMETALURGICOS – HORNOS DE FUNDICION
HORNOS DE FUNDICION_.
Competencia específica a desarrollar: Conocer e identificar los hornos para llevar a cabo
la fundición y seguir los procedimientos adecuados para cada uno de ellos.
2.1. Tipos de calentamiento y Hornos de Fundición.
Dependiendo de la calidad que se exija a la masa fundida, la productividad y la eficiencia
energética, se pueden usar distintos tipos de calentamiento. En principio, pueden usarse hornos
con calentamiento eléctrico o por gas. En este contexto y desde el punto de vista de los costes,
los niveles locales de precios son determinantes para el tipo de energía elegido.
Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se
calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la
temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo:

■ Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas
necesarias para la obtención de un determinado producto.
■ Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización).
■ Ablandar para una operación de conformado posterior.
■ Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.
■ Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente
operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos
cerámicos).
En el trabajo de los metales, la temperatura desempeña un papel de gran importancia. Las
temperaturas elevadas vuelven más blandos la mayoría de los metales, capacitándolos para las
operaciones de deformación por flexión, forja, estampación, extrusión o laminación.
Las temperaturas todavía más elevadas funden los metales y también eliminan la acritud de
los mismos; el proceso de calentamiento de los metales con este fin, enfriando después de
modo que no se produzca ninguna deformación, se conoce como recocido. La elevación de la
temperatura por encima de un cierto punto crítico, seguida de un enfriamiento brusco, vuelve
el acero más duro y resistente pero con una ductilidad menor.

Un nuevo calentamiento a una temperatura inferior al punto crítico disminuye la dureza y
aumenta la ductilidad. Se conoce como tratamiento térmico el proceso completo que tiene por
objeto producir unas propiedades físicas deseadas, controlando la estructura cristalina.
Las operaciones industriales abarcan una amplia gama de temperaturas, las cuales dependen
del material a calentar y también (para un material dado) del objeto del proceso de calentamiento
y de las operaciones subsiguientes. Así, atendiendo al tipo de efecto que el horno produce en el
producto, se pueden tener:
Hornos para producir efectos físicos en el producto, que a su vez pueden dividirse en:
• Hornos de calentamiento
• Hornos de fusión
Hornos para producir efectos químicos en el producto (Reducción sin fusión, fusiones
reductoras, sinterización, tostación, calcinación, volatilización reductora, volatilización,
metalotermias, etc).

Tabla 1.1. Contiene con cierta aproximación las temperaturas de calentamiento de algunos materiales y procesos.

Esta transmisión de calor puede realizarse por llamas (lecho fluidificado), convección (hornos con fuerte recirculación
de los humos, del aire o de la atmósfera protectora sobre las piezas) y radiación (de resistencias, de tubos radiantes, de llamas
o de las paredes refractarias interiores). Únicamente consideramos los hornos industriales, es decir, los utilizados en todo tipo
de industria. La energía calorífica requerida para el calentamiento de los hornos puede proceder de:
 Gases calientes producidos en la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que calientan las piezas por
contacto directo entre ambos o indirectamente a través de tubos radiantes o intercambiadores en general.
 Energía eléctrica en diversas formas:
◉ Arco voltaico de corriente alterna o continua
◉ Inducción electromagnética
◉ Alta frecuencia en forma de electricidad o microondas
◉ Resistencia óhmica directa de las piezas
◉ Resistencias eléctricas dispuestas en el horno que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la carga por las
diversas formas de transmisión de calor. A los hornos industriales que se calientan por este medio se denominan
hornos de resistencias.

Figura 2.1. Clasificación de los tipos de equipos industriales que requieren, acumulan y/o recuperan energía térmicaen el proceso
en el que son empleados.

Tipos de Hornos
1. Horno de Reverbero
 Descripción del funcionamiento.
 Aplicaciones en la pirometalurgia.
 Ventajas y limitaciones.
2. Horno de Arco Eléctrico
 Principio de funcionamiento.
 Utilización en la fundición de metales y no metales.
 Ventajas frente a otros tipos de hornos.
3. Horno de Inducción
 Funcionamiento basado en la inducción electromagnética.
 Aplicaciones en la pirometalurgia.
 Eficiencia y control de temperatura.

4. Horno de Cuchara de Oxígeno Básico (BOF)
 Descripción del proceso de oxígeno básico.
 Uso en la producción de acero.
 Ventajas y desafíos.
5. Horno de Cubilote
 Características y funcionamiento.
 Aplicaciones en la fundición de metales ferrosos.
 Comparación con otros tipos de hornos.
6. Horno de Túnel
 Utilización en la calcinación de minerales y la producción de cemento.
 Diseño y operación.
 Ventajas para la producción a gran escala.
7. Horno de Solera Móvil
 Descripción del diseño y funcionamiento.
 Aplicaciones en la fundición y refinación de metales.
 Eficiencia energética y flexibilidad operativa.

Utilización de combustibles para el calentamiento de hornos.
La energía necesaria para la fusión de metales se extrae de la de ciertos combustibles como lo son en
el caso el carbón o coque mineral, fuel oíl, gasoil o propano u otros. Estos combustibles se utilizan tanto
para el encendido como para el encendido de los hornos de fusión como para el mantenimiento de la carga
térmica para el correcto transcurrir de la operación.
Se debe estudiar la posibilidad de canalizar adecuadamente los gases de combustión para aprovechar
su carga térmica, como por ejemplo la calefacción de naves. Todo elemento que pueda ceder parte de la
carga térmica que posea deberá ser eficientemente calorifugado. Esto llevara a un importante ahorro,
siempre que el aislamiento seael correcto.
Tipos de combustibles
Los combustibles usuales en la industria, ya sean líquidos, sólidos, etc., presentan una serie de
características que le son propias. Para quemarlos eficientemente, es necesaria la adopción de medidas y
la utilización de equipos especiales, adecuados a cada uno de ellos. El petróleo, carbón, gas natural, o sea
los combustibles que podemos llamar nobles, producen de 15 a 18 kg de gases cada 10.000 calorías
liberadas. Los procesos usados en una refinería de petróleo implican el uso de calor y este calor se obtiene
quemando combustible, directamente en un horno.

Figura 2.2. Clasificación de los tipos de combustibles y el criterio de selección.

CALENTAMIENTO POR TIPO DE COMBUSTIBLE O ENERGÍA ELÉCTRICA.
Para evitar ambigüedades se denominará hornos a todos aquellos equipos o
instalaciones que operan, en todo o en parte del proceso, a temperatura superior
a la ambiente.
Combustión:
•Gases calientes (Llama) producidos en la combustión de combustibles sólidos,
líquidos o gaseosos que calientan las piezas por contacto directo entre ambos o
indirectamente a través de paredes o tubos radiantes o intercambiadores en
general.

Calentamiento de hornos por combustible sólido. En la actualidad son pocos los equipos empleados,
ya que los diversos carburantes de este tipo han dejado de ser de los principales combustibles industriales,
debido al encarecimiento de su extracción de las minas que cada vez son más profundas y de su difícil
mecanización; a la masiva producción y al menor coste de los combustibles derivados del petróleo (en
algunas industrias, el carbón se sustituyó por el fuel-oil).
Sin embargo, contradictoriamente su importancia económica va en aumento ante el encarecimiento y previsible
escasez del petróleo y también por las modernas técnicas de la industria química, que lo utiliza como materia
prima para producir gran variedad de productos. Los combustibles sólidos son inflamables a temperatura y
presión ambiente y al quemarse producen cenizas y humos. Las principales características que afectan a su
combustión son: contenido de humedad, conductividad térmica, temperatura de ignición, grado de combustión,
carga térmica, velocidad propagación del calor, naturaleza del foco del calor, forma, etc.

El carbón mineral como coque es el combustible sólido más utilizado, en la
industria siderurgia. El carbón mineral se comercializa, clasificado por su tamaño,
en cualquiera de sus cuatro variedades. Para aprovechar el polvo y los pedazos
demasiado pequeños se fabrica el carbón aglomerado en formas prismáticas u
ovoidal, que se consiguen por compresión de las partículas.
La combustión del carbón produce problemas de contaminación química en la
atmósfera, la lluvia ácida, debida al desprendimiento de gas sulfuroso (SO2)
derivado de la combustión del azufre que acompaña al carbón como impureza.
Este gas se convierte en ácido sulfúrico en contacto con la humedad atmosférica y
produce daños importantes.

Figura 2.3. Clasificación, formas de uso, fases de acondicionamiento, características, composición y evaluación de los combustibles sólidos.

• Calentamiento de hornos por combustible líquido. Son equipos que solo en casos específicos son
empleados en la industria metalurgia, más no muy recomendados, debido a su manejo,
almacenamiento y que son de no muy alto poder calorífico los que pueden proporcionar un adecuado
poder calorífico tienen elevada viscosidad. Aun para tal efecto algunos de estos combustibles
industriales pesados se entregan en carros tanques calentados con vapor. Mediante este procedimiento
el combustible se conserva a la temperatura correcta para ser quemado y se mantiene una presión
constante en los quemadores, de modo que el control del encendido es relativamente sencillo. Los
hornos instalados aisladamente pueden tener unidades combinadas de bombeo y calentamiento
localizadas cerca del punto de uso.
Los combustibles líquidos, desde el punto de vista industrial, son aquellos productos que provienen
del petróleo bruto o del alquitrán de hulla. Se clasifican según su viscosidad o según du fluidez si es
que proceden del alquitrán de hulla.
Los combustibles líquidos son los materiales de generación de energía o combustibles que pueden ser
aprovechados para generar energía mecánica, o energía cinética. La mayoría de los combustibles
líquidos son derivados de combustibles fósiles, sin embargo, hay otros tipos.
Los combustibles líquidos requieren una buena atomización para mejorar el contacto con el aire, la
llama producida es mucho más sucia que la de los gaseosos y requieren de mayor exceso de aire. La
relación hidrógeno-carbono de los combustibles líquidos está por el orden de 0,15.

A partir del crudo de petróleo podemos obtener un gran número de combustibles
líquidos. El petróleo resulta ser la fuente por antonomasia de combustibles
líquidos. Los principales combustibles líquidos son:
 Gasolinas: Abarcan compuestos hidrocarbonados que van desde C4 a C10.
 Kerosenos: C10 a C14: cadenas hidrocarbonadas de 10 a 14 átomos de C
 Turboreactores: C10 - C18/C14
 Gasóleos: C15-C18
 Fuel-oil: Van a ser lo que tengan un punto de destilación más altos; es decir,
los de mayornúmero de átomos de carbono y los más pesados.

Figura 2.4. Clasificación, características, estructura, composición y evaluación de los combustibles líquidos.

• Calentamiento de hornos por combustible gaseoso. Son idóneos para el servicio de los procesos de fundición,
especialmente cuando cuentan con evacuación de gases de escape a través del borde del crisol. Cuando se persigue una alta
calidad de la masa fundida, es aconsejable usar una evacuación lateral de los gases de escape. No obstante, la calidad de la
masa fundida aumenta en proporción inversa a la eficiencia energética, porque el horno de fusión con calentamiento por
combustible y evacuación lateral de los gases de escape consume un 20-25 % más de energía que un horno con canalización
por gases a través del borde del crisol.
Los hornos de fusión con calentamiento por combustible, con sistemas de quemadores que incluyen recuperación del calor
mediante recuperadores permiten un óptimo aprovechamiento de la energía además de la máxima calidad de la masa
fundida. Con los gases de escape calientes del horno se precalienta el aire de combustión para los quemadores a través de un
intercambiador de calor. El sistema genera un ahorro de hasta el 25 % en comparación con los hornos de fusión ordinario
con calentamiento por combustible y salida lateral de los gases. Actualmente se dispone para el uso los siguientes gases
combustibles:
• Gas Natural y GLP
• Gas de Hulla y de Alto Horno
Los combustibles gaseosos tienen sus características propias, que conviene conocer para su correcto manejo y para el
proyecto adecuado de las instalaciones. Ellas son: el poder calorífico, la composición química, la densidad, la velocidad de
ignición, las condiciones explosivas, las formas de suministro, los datos para la combustión y usos comerciales. En el caso
de los líquidos, esta preparación consiste en precalentar el combustible hasta la temperatura requerida y luego atomizarlo,
es decir convertirlo en partículas pequeñas. Esto se hace con el fin de ofrecer una gran superficie de exposición al calor del
horno, logrando de esta manera vaporizar rápidamente el combustible líquido.

Figura 2.5. Clasificación, características, aplicaciones y composición de los combustibles líquidos (Gas LP).

1. Eléctricos
 Energía eléctrica en diversas formas. Si lo principal es la calidad de la masa fundida y la eficiencia
energética, es recomendable usar hornos de fusión con calentamiento eléctrico. La regulación del
calentamiento es pausada y precisa. La masa fundida no se contamina con las emisiones del
calentamiento por combustible. Los hornos de fusión con calentamiento eléctrico pueden alcanzar hasta
el 85 % de la potencia de fusión de los hornos de fusión con calentamiento por combustible con salida
lateral de gases. Si los hornos se usan exclusivamente para mantener el calor de la masa fundida, es
recomendable emplear los modelos que, debido a su buen aislamiento y a la reducida potencia de
conexión, funcionan con especial eficiencia energética.
 Arco voltaico de corriente alterna o continua.
 Inducción electromagnética.
 Alta frecuencia en forma de dielectricidad o microondas.
 Resistencia óhmica directa de las piezas.
 Resistencias eléctricas dispuestas en el horno que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la
cargapor las diversas formas de transmisión de calor.
La forma de calentamiento da lugar a la clasificación de los hornos en tres grandes grupos:
 Hornos de resistencias.
 Hornos de arco eléctrico
 Hornos de inducción

Son evidentes algunas de las ventajas del calentamiento eléctrico que se señalan a
continuación:
 Ausencia de humos de combustión.
 Mejores condiciones de trabajo alrededor del horno y ambientales por el exterior.
 Mayor seguridad del personal.
 Posibilidad de mantener los hornos sin vigilancia fuera de las horas de trabajo por
eliminación del peligro de explosiones.
 Más simple utilización de las fibras cerámicas como aislamiento del horno.
 Gran elasticidad de funcionamiento y sencilla automatización de los hornos.
Ha sido frecuente la instalación de los diversos hornos de una planta industrial en un
recinto propio denominado departamento de hornos o de tratamientos térmicos, con el coste
que ello supone por el transporte de las piezas desde el mecanizado y hasta la línea de montaje
o proceso posterior. Los hornos eléctricos permiten instalar los hornos dentro de las líneas de
producción, ya que se consiguen condiciones ambientales perfectamente aceptables.

Figura 2.6. Clasificación, características, aplicaciones y ejemplos de hornos que emplean energía eléctrica

Figura 2.7. Tipos de hornos que requieren energía
eléctrica.

1. Radiación o convección.
Las necesidades de las empresas actuales se enfocan en los procesos que les permitan las producciones en masa, de la
forma más rápida, económica y sin tener que poner en riesgo la calidad de los productos finales. Dentro del área industrial es
común encontrar los procesos que requieren calor, elevando las temperaturas de forma progresiva hasta alcanzar los grados
ideales para poder obtener las funciones que se buscaban. Uno de los hornos más comunes para procesos industriales es el
horno de convección forzada, en el cual un gas (generalmente aire) fluye a través del horno para transferir el calor.
El mecanismo de transferencia de calor por movimiento de la masa es lo que conocemos como convección, mientras que
la convección forzada es el mecanismo de transferencia de calor entre una superficie y la atmósfera de una cámara, con un
movimiento que fluye alrededor de la pieza transfiriendo el calor.
Los hornos de convección forzada deben contar con la capacidad de operar sin perder su homogeneidad, llevando el aire
de una temperatura ambiente hasta los máximos niveles de calor, pero también de llevarlo a un punto intermedio. En estos
hornos no todos los patrones de circulación de aire se aplican a un mismo proceso, ya que las cámaras de flujo tienen diseños
horizontales, verticales y combinados.
Al interior de los hornos de convección forzada se utiliza acero, después una capa de fibra aislante y el cuerpo exterior
puede ser acero, u aluminio. Los hornos de convección son muy utilizados para el polimerizado de pinturas, o para los
curados a temperaturas menores a 500°C. Cuando la temperatura del horno es superior a los 500C se recomienda el uso de
acero inoxidable en el interior del horno, así como aumentar el grosor de la fibra aislante.

Un horno de convección forzada puede utilizarse a gas, electricidad o a vapor como fuente de energía, siendo el vapor el más
recomendable para las bajas temperaturas; los hornos eléctricos o electro-térmicos son los más utilizados en las industria porque
producen el calor de forma sencilla, al hacer pasar la corriente eléctrica a través de una resistencia que rodea al horno, calentando
desde el exterior a través de una bobina enrollada en un material, que puede ser un tubo de material metálico o refractario.
Estos hornos se utilizan con el fin de controlar la temperatura con mayor precisión, ya que el tipo de resistencia que se utilicen
puede ofrecer un mayor desempeño, siendo el principal inconveniente de estos hornos el costo de operación, pues el uso de
electricidad representa un costo más elevado que con el uso de gas, que en vez de una resistencia utilizan un sistema generador de
combustión del oxígeno y el gas, que produce una llama para calentar al interior del horno.
Figura 2.8. – a. Hornos de convección e inducción.

Los hornos de convección forzada suelen utilizar el sistema de gas, por lo que son una alternativa económica y eficaz para
las industrias; los quemadores de estos hornos se pueden encontrar en diferentes tamaños y potencias, con lo que se puede
satisfacer las necesidades especiales de cada industria o sector. Además de estos quemadores, el horno a gas debe contar con
suficiente aire que circule al interior, por lo que suelen contar con ventiladores que se ubican en las cámaras de circulación al
exterior para evitar que la llama producida tenga contacto directo con las piezas que van a curarse en el horno.
Cuando buscamos un horno de convección, es muy importante tener en cuenta el tipo de aplicación y las características de
las piezas y materiales con los que se van a trabajar, con el fin de utilizar la mejor opción, que brinde los resultados esperados y
ayude a reducir los costes de operación. Recordemos que los hornos que utilizan los procesos de convección llevan a las piezas
a la temperatura de curado calentando el aire al interior de las cámaras, donde se pueden colocar piezas mediante el uso de
resistencias eléctricas o de quemadores de gas y mejorar la circulación con sistemas especiales (que provocan la convección
forzada) y que permiten las operaciones de forma continua o estática.
Además podemos encontrar otros hornos de curado, que son los infrarrojos y los de radiación; los hornos de paneles
infrarrojos son hoy en día una forma más eficaz de complementar a los hornos de convección, se pueden utilizar para el curado
de esmaltes o pinturas en polvo, secado de solventes, procesos de moldeo, calentamiento, incubado o termoformado. Estos
hornos funcionan a través de energía infrarroja irradiada por el aire y re- direccionada y enfocada por un cuerpo cercano, sin un
medio para transmitir la energía.
Cuando la energía infrarroja se absorbe, la temperatura del recubrimiento incrementa y transmite el calor a la superficie por
un proceso de conducción, por lo que los materiales de conductividad térmica absorben y distribuyen esta energía, por lo que
aceleran los procesos y reducen los costes. Suelen utilizarse previo al horno de convección, con el fin de que las piezas
incrementen su calor y alcancen con mayor rapidez la temperatura de curado, que terminará con el proceso de convección.

Figura 2.8. – b. Hornos de convección e inducción.

1. Otros.
Existen diferentes tipos de hornos industriales, generalmente segmentados según su tipo de energía y su forma de procesarla. La
fundición de metales es el principal uso de la construcción de este tipo de hornos, pero existen diferentes tipos de hornos, y la fabricación del
más adecuado va a depender de factores como la rapidez con que se quiera conseguir el metal, su productividad, etc. Como se ha
mencionado antes, la elección de fabricaciónde hornos de fundición va a depender de ciertos factores, por ejemplo:
La necesidad de mantener la pureza del metal, el costo de operación, la velocidad en la que se necesita fundir el metal, la producción
a la que se necesite llegar, el tipo de material a fundir, el volumen del material, el tipo de industria, entre otros.
Debido a los requerimientos de fabricación, cualquier tipo de horno puede ser el recomendable para una particular operación. La
elección puede ser dictada por consideraciones de costo inicial, costo relativo promedio de mantenimiento y reparación, costo base de
operación, disponibilidad y costos relativos de las fuentes de energía en una localidad en particular, condiciones ambientales y nivel de ruido
en operación, eficiencia de fusión (particularmente velocidad de fusión), grado de control de composición química del metal, temperatura de
fusión del material metálico, y expertiz del personal.
Un horno rotativo se compone de una envuelta cilíndrica de acero, revestido con material refractario, y que puede girar u oscilar
lentamente alrededor de su eje principal. El horno suele terminar por sus extremos en troncos de cono; en uno de ellos está el quemador y en
el otro la salida para los gases quemados, que frecuentemente pasan a un sistema de recuperación para precalentar el aire empleado en la
combustión.
El combustible puede ser gas, petróleo diesel o residual, o carbón pulverizado, y el aire se suministra mediante un ventilador o máquina
soplante. En los hornos pequeños la rotación se puede dar a mano, pero la mayoría están montados sobre rodillos y se les hace girar por un
dispositivo de cadena o de fricción. La elevada temperatura de la llama funde y sobrecalienta la carga y lleva una temperatura superior al
refractario, que cede su calor a la superficie inferior del metal cuando al girar el horno se pone en contacto con ella.

Este efecto acorta el tiempo de fusión y ayuda a salvar el efecto de aislante térmico en la capa de escoria. Se puede fundir
en condiciones neutras, oxidantes o reductoras. La capacidad de un horno rotatorio puede variar mucho. Para latones y
bronces oscila entre unos 50 Kg. y 5 Ton. Y normalmente son de 50 Kg. a 2 Ton. Para la fundición de hierro, y en algunos
casos acero, las capacidades pueden ser mucho mayores.
El metal puede sangrarse por un agujero de colada único situado en la pared del cilindro, que se mantiene taponado con
refractario mientras el horno gira. Las unidades grandes tienen un control para que el flujo sea uniforme durante la colada.
Figura 2.9. Hornos rotatorios basculantes para fundición.

1. Tipos de Hornos.
Un horno es un dispositivo que permite generar calor y mantenerlo dentro de un cierto compartimiento. De esta
manera, puede cumplir con diversas funciones, como el secado, el calcinado, la tostación y/o descomposición térmica
de minerales o la fundición de sus concentrados.
Entendemos por hornos industriales los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan o
funden materiales metálicos, piezas o elementos colocados en su interior a una temperatura controlada y especifica. El
objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por supuesto, existen distintos tipos de hornos según el uso, por
ejemplo:
 Fundir.
 Ablandar para una operación de conformación posterior.
 Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.
 Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura
superior a la del ambiente.
Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían mucho en capacidad y diseño. Varían desde los
pequeños hornos de crisol que contienen unos pocos kilogramos de metal hasta hornos de varios centenares de
toneladas de capacidad del horno.
El horno de fundición es usado para crear metales a partir de su forma mineral como el aluminio o acero. En
algunos casos se puede emplear un mismo tipo de horno tanto para aleaciones férreas como no férreas. En los casos en
que es conveniente, se señalan las aplicaciones particulares de los hornos descritos. Los hornos de fusión de las
fundiciones modernas se describen agrupándolos de acuerdo a como se usan en un proceso específico:

 Horno de crisol.- La carga se encuentra aislada tanto del combustible como de los productos de combustión. Teniendo
incluso la dualidad en algunos casos que sea inducida eléctricamente a través de una cámara por medio de una
resistencia eléctrica. Sus tipos más empleados son:
 Hornos de crisol móvil.
 Hornos de crisol fijo no basculantes.
 Hornos basculantes (de crisol fijo)
 Horno de hogar abierto y/o reverbero.- La carga se encuentra aislada del combustible pero en contacto con los
productos de combustión.
 Horno de Siemens Martin
 Horno de cubilote.- La carga se encuentra en contacto íntimo con el combustible y los productos de combustión.
 Hornos eléctricos.- La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible. Puede controlarse
perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en
algún tipo de horno (de inducción) puede operarse en vacío.
 De arco eléctrico.
 De inducción.
◉ De alta frecuencia
· Hornos de inducción sin núcleo
· Hornos de inducción de canales
◉ De media y baja frecuencia
 De resistencia.

Los procesos para los que se utilizan los hornos son muy amplios e incluyen diversos campos de aplicación auxiliares ocomplementos a
los procesos de fundición por lo que se enuncian a continuación algunos importantes:
 Industria siderúrgica.
 Hornos altos de reducción de mineral de hierro.
 Mezcladores de arrabio calentados por llamas o por inducción.
 Convertidores de acero.
 Hornos de arco para fusión de chatarra.
 Hornos de fusión por inducción de chatarra.
 Hornos de recalentar para las operaciones de laminación, forja, extrusión, de muy diferentes tipos.
 Hornos de tratamientos térmicos de barras, redondos, chapas, perfiles, bobinas, etc.
 Equipos auxiliares, tales como: precalentadores de cestas de carga y de cucharas de colada, hornos de laboratorio,atmósferas controladas,
etc.
 Hornos de fabricación de ferroaleaciones (Fe-Si, Fe-Mn, Si-Mn, Fe-W, Fe-Mo, Fe-Ti, Fe-V, etc.), incluyéndose en esteapartado, por la
gran semejanza del procedimiento, la fabricación del silicio metal, carburo de calcio, etc.
 Industria del aluminio.
 Celdas de electrólisis ígnea para transformar alúmina en aluminio fundido.
 Hornos de fusión y mantenimiento, a partir de chatarra o aluminio fundido.
 Hornos de recalentar placas o redondos para laminación o extrusión.
 Hornos de tratamientos térmicos, fundamentalmente recocido, pero también solubilización, maduración o envejecimiento.
 Equipos auxiliares, tales como: atmósferas controladas para tratamientos térmicos, precalentadores de matrices paraextrusión,
precalentadores de chatarra, hornos de tratamiento térmico de utillajes, etc.
 Se incluyen en este campo, no sólo las aleaciones de aluminio, sino también el magnesio y sus aleaciones quedenominamos metales
ligeros en general.

 Industria del cobre y sus aleaciones que se denominan en general metales no férricos pesados, tales como bronces,latones,
cuproníqueles, alpacas, etc.
 Hornos de reducción de minerales.
 Hornos de fusión de chatarra del tipo de reverbero o crisol.
 Hornos de recalentamiento para laminación, forja, extrusión o estampación.
 Hornos de tratamientos térmicos, fundamentalmente recocidos y del tipo adecuado al producto a tratar.
 Equipos auxiliares, tales como: atmósferas controladas o al vacío, equipos de barnizado o esmaltado de hilos de cobre, etc.
 Industria de automoción. Incluye la fabricación de coches, camiones, tractores, motocicletas y bicicletas. Es, tal
vez, el campo de aplicaciones más variado y que exige mayor número de unidades y mayor sofisticación en los
hornos, aunque su importancia económica sea inferior a la de otros campos. En este campo se tienen:
 Hornos de fusión de metales férricos y no férricos.
 Hornos de tratamientos térmicos, de todos los tipos posibles prácticamente, dada la gran variedad de
 piezas existentes.
 Hornos de preparación y pintado de carrocerías, de gran valor económico.
 Instalaciones auxiliares, tales como: generadores de atmósferas controladas, tanques de temple, cámaras
 de enfriamiento, desengrasadores y hornos de lavado y secado, etc.
 Fundiciones, tanto de metales férricos, como de metales no férricos.
 Hornos de fusión y mantenimiento.
 Hornos de tratamientos térmicos, continuos o intermitentes, de los tipos adecuados a la producción, forma
 de las piezas, temperatura requerida, etc.
 Equipos auxiliares, tales como hornos de secado de moldes y machos y, en alguna proporción, también
 atmósferas controladas.

 Industrias de productos manufacturados.
 Se incluyen la fabricación de materiales eléctricos (transformadores y motores, sobre todo), la industria de electrodomésticos
(fundamentalmente la serie blanca), los talleres de calderería, la fabricación de piezas mecánicas, la industria de la máquina-
herramienta, la industria electrónica, etc.
 Hornos de recocido de chapa magnética y de soldadura brillante de pequeñas piezas.
 Hornos de sinterizado y los utilizados en pulvimetalurgia.
 Grandes hornos de recocido para eliminación de tensiones de piezas fundidas y soldadas.
 Instalaciones completas formadas por varios hornos para tratamiento de herramientas.
 Hornos de difusión de hidrógeno en semiconductores y de secado al vacío de derivados de transformadores.
1. Hornos de Crisol
Los crisoles son recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras substancias, provistos de tapa para cierre
hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean en los denominados hornos de crisoles, utilizando como
combustible carbón o, más modernamente, gasoil. La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y
sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se empleara siempre por la economía de su
instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades.
Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso, y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una
distancia mínima de 10 cm. de las paredes del horno. Pero los hornos de crisoles más modernos se construyen para
el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con
cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda. En estos tipos
de hornos se calienta primero el crisol vacío, hasta que llega al rojo cereza y despuésse carga.

Figura 2.10. Hornos industriales
para fundición.

La ventaja de los hornos de crisoles modernos, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente
aislada, y por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión. La duración
de los crisoles no llega en general, a las veinticinco fusiones. El proceso de fundir los metales en crisol es uno de
los más antiguos y sencillos. Se emplea todavía mucho en la funderías modernas, y probablemente se seguirá
usando porque el costo inicial es barato y el metal se funde fuera del contacto con el combustible. Los hornos de
crisol suelen dividirse en tres clases, según el procedimiento empleado para colar el caldo contenido en los
crisoles.
En los hornos de crisol propiamente dichos, los crisoles están totalmente dentro de la cámara del horno y se
extraen de ella para coser el metal. En los hornos de crisol fijo no basculables (hornos estáticos de crisol fijo)
existe un solo crisol fijo al horno y que sobresale de la cámara de calefacción, por lo que los gases de combustión
no pueden tener ningún contacto con el caldo: como no es posible bascularlos para colar, su contenido de caldo
solo puede pasarse a los moldes sacándolo del crisol del horno con una cuchara.
Los hornos basculables de crisol fijo son análogos a los anteriores, pero toda la estructura del horno puede
inclinarse para colar el caldo por vertido en cucharas o directamente a los moldes; el eje de rotación del horno
puede ser central o transversal a la piquera de colada y situada precisamente en el pico de ésta; en este último caso
el contenido del crisol del horno se vierte íntegramente en la cuchara sin mover ésta. O bien directamente en los
moldes.

Figura 2.11. Partes del Horno de Crisol.

 Hornos de crisol móvil
Pueden ser hornos de foso, hornos a nivel del suelo o bien hornos levantados respecto al suelo. El tipo de foso,
suele calentarse por coque que se carga alrededor y por encima de los crisoles (que se sierran con una tapa de
refractario) para producir la fusión y el sobrecalentamiento sin necesidad de cargar más coque. El combustible
descansa sobre una parrilla bajo la cual hay un cenicero y foso de cenizas. Estos hornos se emplean también para
fabricar acero al crisol.
El tiro puede ser natural o forzado, es decir, producido por una chimenea o mediante un pequeño ventilador que
trabaja a presiones de 50 a 75 mmHg. El último método es preferible para controlar mejor el calor y la atmósfera
del horno. El espacio destinado al coque entre los crisoles y el revestimiento del foso debe ser de por lo menos
75mm, y entre el fondo de los crisoles y las caras de la parrilla suelen haber aproximadamente 180mm.
El borde de los crisoles debe quedar debajo de la salida de humos. Las parrillas y todas las entradas de aire
deben mantenerse libres de productos sintetizados para que el aire pueda circular libremente a fin de conseguir una
combustión completa y una atmósfera ligeramente oxidante.
Los hornos calentados por gas o aceite son más fáciles de controlar y funden más rápidamente que los otros,
pero imponen condiciones más duras a los crisoles y los refractarios. Los crisoles son de capacidad variable,
pueden contener hasta aproximadamente 160 Kg. de acero, aunque son más corrientes las capacidades de 49 a 90
Kg.: para latones, la capacidad suele ser de 70 Kg.

Los crisoles grandes exigen algún mecanismo de elevación que permita sacarlos del horno, mientras los
mas pequeños pueden ser manejados con tenazas por uno o dos hombres. En algunos casos se han usado en
estos hornos crisoles de hasta 180 Kg. de capacidad; la ventaja que se les admite es que hay menos
perturbaciones y menos salpicaduras del caldo cuando se le transfiere desde la unidad de fusión hasta los
moldes.
Figura 2.12. Tipos del Horno de Crisol móvil.

 Hornos de crisol fijo no basculables
En estos el crisol está fijo al horno, sus bordes salen fuera de la cámara de
caldeo y no hay posibilidad de contacto con los gases de combustión. Como no
pueden bascularse para verter el contenido del crisol, es necesario extraer el caldo
con una cuchara; son adecuados cuando se necesita tomar pequeñas cantidades de
metal aintervalos frecuentes, como, p.ej., cuando se cuela en coquillas.
Pueden emplearse como hornos de espera con la sola misión de mantener el
metal en estado líquido, pero en algunos casos también se efectúa en ellos la
fusión. Su rendimiento térmico es más bajo para la fusión, sobre todo cuando se
trabaja a temperaturas altas, pero representan una verdadera unidad de fusión, de
no mucha capacidad, que sirve para una gran variedad de trabajos.

Figura 2.13. Tipos de Hornos de crisol fijo no
basculables

 Hornos basculables (de crisol fijo)
También hemos indicado anteriormente que estos hornos son análogos a los del tipo anterior, pero con la diferencia
de que la estructura total del horno puede inclinarse alrededor de un eje horizontal para efectuar la colada sin tener que
recurrir a la extracción del caldo del crisol mediante cucharas introducidas en él. Lo mismo que los hornos de foso se
pueden calentar con coque, con gas o con aceite. El horno no es mas que una carcasa de acero suave revestida con
materiales refractarios, en forma de ladrillos o apisonados. Suelen ser cilíndricos como en el que se muestra en la
figura.
Algunos hornos basculables calentados por coque tienen una parrilla con una caja cenicero, y el aire soplado pasa a
través de los muñones a una caja de viento que rodea la parte inferior del horno o a veces de conductos en una carcasa
de paredes delgadas para producir algún precalentamiento. La capacidad para; el coque es importante, especialmente
para aleaciones férreas; si es suficiente evita la recarga de coque durante la fusión y las consiguientes pérdidas de
calor.
Para encender un horno basculante de coque se empieza por un fuego moderado de madera y coque y cuando todo
el coque quema uniformemente alrededor de crisol se completa la carga de coque (algunos hornos poseen un quemador
anular de gas para iniciar la combustión). Con el aire a un cuarto de soplado, se calienta el crisol al rojo y entonces se
carga con el metal. Entre el encendido y la carga de los hornos de crisol de 100 Kg. de capacidad de carga deben
transcurrir 30 min., y 45 min. para los de 450 Kg. (capacidades de carga de latón).

Figura 2.14. Tipos de Hornos basculables (de crisol fijo).

Los hornos calentados por aceite o gas son de diseño parecido, salvo que no necesitan caja de viento ni se precisa la
parrilla, por lo que el crisol descansa en un soporte refractario. El quemador se fija en el horno de tal forma que el
calentamiento pueda continuar mientras que el horno se bascula. Esto es ventajoso cuando se necesita el metal en cantidades
pequeñas cada vez y el período de colada es prolongado.
En los hornos de gas hay que tomar precauciones para evitar explosiones, especialmente durante el encendido. Debe
evitarse la acumulación de mezclas explosivas de gases no quemados o de vapores inflamables y aire, principalmente
recurriendo a dispositivos de alarma y seguridad para caso de que la llama se apague, y ha de procurarse que el aire sea
suficiente en todo momento.
Cuando se encienden los hornos de crisol basculables se calienta el crisol vacío, al principio suavemente, con la menor
llama posible que puedan dar los quemadores durante los primeros 10 min. Después se aumenta por etapas la velocidad de
calentamiento hasta, que el crisol se ponga al rojo, en cuyo momento se le carga y se pone elquemador al máximo.
El tiempo necesario para llevar los crisoles al rojo debe ser de, aproximadamente 30 minutos para capacidades de hasta
300 Kg. de latón, 45 minutos para 450 a 700 Kg. de latón o 225 Kg. de aluminio y de 75min para 450 Kg. de aluminio.
Los crisoles deben cargarse con el horno vertical, empleando tenazas suficientemente largas para que puedan llegar al
fondo del crisol. En los casos en que en el crisol no quepa toda la carga de una vez, se pueda colocar un manguito de
prolongación encima del manguito mufla para poder cargar la mayor cantidad posible. El metal no se añade frío a la carga ya
fundida, porque se precalienta en los manguitos de extensión. Para evitar la oxidación deben taparse el crisol, el manguito
mufla o es manguito de extensión con una tapadera refractaria.

Tipo de horno Rendimiento Térmico
Horno de crisol de foso, calentado con coque, tiro natural. 3 a 7 %
Horno de crisol basculante, calentado con coque, tiro forzado. 8 a 13 %
Horno de crisol basculante, calentado con aceite o gas. 7 a 18 %
Los experimentos de precalentamiento del aire no han sido muy satisfactorios, pues solo se conseguían
disminuciones insignificantes en el consumo de combustibles y la duración de la fusión. Al parecer, los hornos de
crisol han alcanzado un grado de desarrollo que no deja esperar ninguna mejora esencial en los diseños modernos.
Actualmente interesa más conseguir mayores facilidades de control y comodidad de trabajo.
También se presta atención (especialmente para la colocada en coquilla) a las dos posibilidades de fundir y
mantener el metal durante el tiempo de espera en el mismo horno, o a la de fundir en hornos de gran capacidad, a los
que se asocian varios hornos de espera. El primer método permite seguramente más economía de combustible, pero
el segundo es más flexible y conveniente para aleaciones que han de modificarse o sufrir otros tratamientos.
Rendimientos térmicos relativos de diferentes tipos de hornos de crisol calentados con combustibles
Tabla 2.2. Rendimientos térmicos de los principales tipos de hornos de crisol.

El proceso de crisol es el proceso más viejo para la fabricación de acero, pero éste,
hoy en día se usa muy poco excepto en fundiciones no ferrosas. Los crisoles se hacen
en general de una mezcla de grafito y arcilla. Son completamente frágiles cuando se
enfrían, debiendo ser manejados con cuidado, poseen resistencia considerable cuando
están calientes. Los crisoles son calentados con coque, aceite o gas natural y deben
sujetarse con unas tenazas especiales ajustadas para prevenir daños.
El hierro dulce, metal enjuagado, chatarra de acero, carbón vegetal y ferroaleaciones
constituyen la materia prima para la fabricación de acero por este proceso. Estos
materiales son colocados en crisoles que tienen una capacidad de más o menos 50 kg y
son fundidos en un horno regenerativo.
Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad.
Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia
a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción
de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.

Figura 2.15. Tipos de Hornos
basculables para hierro.

1. Hornos de Cubilote
Este es un tipo de horno cilíndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados,
hasta el estado líquido y permite su colado, puede ser utilizado para la fabricación de casi todas las aleaciones de Hierro, tiene
ventilación forzada por toberas ubicadas en la parte inferior del mismo.
El material se distribuye en forma de capas de aproximadamente 30 o 40 cm en su interior, alternado con carbón el cual
permite que el proceso sea continuo. Este tipo de horno está recubierto de material refractario en su interior, el cual debe ser
inspeccionado antes de cada carga ya que debido a la temperatura que se evidencia en su interior (aprox. 1500 C) podría
perforar la estructura tubular y caer sobre los operarios que se encuentran realizando el proceso de colado en la base del horno.
Este material refractario esta usualmente constituido por ladrillos refractario que como tales tiene caras lisas, y son muy
resistentes a la temperatura y la abrasión, su precio suele ser superior a 10 veces el del ladrillo convencional, se los suele
clasificar según su composición en 4 grandes grupos; Los ácidos aquellos que contiene arcilla, sílice y sulfato de aluminio,
suelen ser más baratos que el resto y mientras más sílice son más resistentes al metal.
La segunda clasificación la hace aquellos denominados como Básicos constituidos por Oxido de Manganeso son más
resistentes que los anteriores, pero más costosos, tenemos también los neutros que son elaborados por elementos neutros
como la magnesia. Y aquellos denominados especiales constituidos por carburos y circonio útiles por su capacidad de
lubricación, eventualmente se colocan elementos cerámicos en todas estas mezclas con el objetivo de mejorar aún más la
resistencia mecánica y térmica del conjunto.

Figura 2.16. Ejemplos esquemáticos de Hornos de Cubilote para fundición de
minerales o chatarra de hierro.

Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablemente. El mayor
problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el
propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.
Figura 2.17. Empleo en la industria de los Hornos de Cubilote para la producción de diversos tipos de
hierro.

Descripción
Los colados de hierro, se hacen volviendo a fundir chatarra junto con arrabio, en un
horno llamado cubilote. La construcción de este horno es simple, de operación
económica y funde hierro continuamente con un mínimo de mantenimiento. De vez en
cuando el metal se funde con el combustible, algunos elementos se aprovechan mientras
otros se pierden.
El cubilote es un horno que funciona con combustible sólido y en el cual la carga
metálica, el combustible y el carburante están en íntimo contacto entre sí. Esto permite
un intercambio térmico directo y activo, y por lo tanto, un rendimiento elevado. Sin
embargo, por causa de este mismo contacto entre el metal, las cenizas y el oxígeno, el
hierro colado producido no puede ser rigurosamente controlado desde el punto de vista
metalúrgico.

Figura 2.18. Descripción esquemática de Hornos
de Cubilote.

 Construcción
El cubilote consiste en un tubo de acero vertical con una altura de 10 mts., aproximadamente y un diámetro que varía entre 4 y 6
mts., recubierto con material refractario: Ladrillo refractario, con la disposición necesaria para introducirle una corriente de aire cerca del
fondo.
Todo el cubilote descansa sobre una placa circular que es soportada arriba del piso mediante cuatro columnas separadas
convenientemente para que las puertas abisagradas puedan caer libremente. Estando en operación, estas puertas se giran hasta una
posición horizontal y se mantienen en su lugar por medio de una estaca vertical.
La puerta de carga está localizada más o menos a la mitad de la cubierta vertical y la parte superior del cubilote queda abierta, a
excepción de una pantalla de metal o para chispas. Las aberturas para introducir el aire a la cama de coque se conocen como toberas. La
práctica común es la de tener sólo una serie de toberas en una circunferencia de la pared, aun cuando algunos cubilotes grandes tienen
dos hileras.
Las toberas de forma acampanada, tienen el extremo mayor en el interior del horno para provocar que el aire se difunda
uniformemente, van distribuidas a distancias muy precisas unas de otras, para obtener la distribución del aire tan uniforme como sea
posible. El número de toberas varía con el diámetro del cubilote, siendo desde cuatro en los cubilotes pequeños y hasta ocho o más en
los cubilotes grandes.
Alrededor del cubilote y en la zona de las toberas, se encuentra una caja, para el suministro del aire. Opuestas a cada tobera se
encuentran unas pequeñas ventanas cubiertas con mica de tal forma que puedan inspeccionarse las condiciones dentro del cubilote. El
aire, suministrado por un ventilador centrífugo entra por un lado de la caja. Opuesto al vertedero de colada, se encuentra otro vertedor
para la escoria, en la parte de atrás del cubilote. Esta abertura está colocada debajo de las toberas para evitar un posible enfriamiento de
la escoria, provocado por la corriente de aire.

Figura 2.19. Descripción esquemática de la
construcción del Horno de Cubilote.

 Funcionamiento
La primera operación al preparar el cubilote consiste en limpiarlo de escoria y de los desechos que quedan en el refractario
en torno a las toberas, de las coladas anteriores. A continuación se repara cualquier zona dañada con arcilla fina y arena silica
refractaria para recubrimiento de hornos.
Después de limpiarlo y repararlo se giran las puertas del fondo a posición de cerrado y se coloca la estaca debajo de ellas.
En el piso de la solera se coloca una capa de arena negra de moldeo, la cual se apisona y se le da una pendiente hacia el
vertedero. La altura no debe ser menor a 10 cms., en el punto más bajo, se le deja un pequeño agujero para la sangría de
aproximadamente 25 mm., de diámetro.
El encendido del cubilote se hace de 2 a 3 horas para que alcance una temperatura entre los 1200 y 1500 grados centígrados,
antes de que se deba tener el primer metal fundido, deberá utilizarse la suficiente cantidad de leña para quemar la primera cama
de coque. Cuando se inicia un tipo natural, se añade coque poco a poco hastaque la cama crece a una altura conveniente.
La altura de la cama de coque es importante, ya que determina la altura de la zona de fundición y afecta tanto a la
temperatura como a la oxidación del metal. Cuando la cama del coque está encendida completamente se carga arrabio y la
chatarra con una proporción de una parte de coque por 10 de hierro, esta relación es en masa.
Además se suministra alrededor de 34 kg., de fundente por tonelada de hierro, por lo general es piedra caliza, cuyo objetivo
es eliminar impurezas en el hierro, protegerlo de la oxidación y hacer la escoria más fluida para retirarla con mayor facilidad del
cubilote.
Tanto los cubilotes de aire frío como los de aire caliente están en uso. En estos últimos, el aire de entrada se precalienta en
alguna forma de recuperador, utilizando los gases calientes del cubilote. El recuperador puede ser una unidad externa o por
tubos verticales construidos en el propio cubilote. El aire de entrada pasa por estos tubos, calentándose así antes de llegar a las
toberas.

Refrigeración por agua.- Los cubilotes modernos, que han de funcionar ininterrumpidamente largos periodos
de tiempo, llevan camisas de agua para refrigeración de la zona de fusión; esta refrigeración exige un gasto de
combustible algo mayor pero queda compensado con creces con el ahorro de refractario y gastos de reparación.
Carga mecánica.- Los cubilotes pequeños se cargan a mano, pero los grandes están provistos de montacargas
verticales o inclinados, con descarga automática de las vagonetas en el tragante.
Insuflación de viento caliente.- Los cubilotes más modernos llevan instalación de precalentamiento del aire
soplado hasta una temperatura de 400ºC utilizando el calor sensible y el de combustión completa de los gases
extraídos del mismo cubilote, que se queman en un recuperador, por el que pasa previamente el aire soplado antes
de ser introducido en el horno. El recalentamiento del aire soplado tiene las siguientes ventajas:
1. Permite alcanzar temperaturas hasta de 1500ºC, lo que facilita la obtención de fundiciones
blancas yespeciales y las adiciones en el canal y en la cuchara de coladas.
2. Se ahorra combustible.
3. Permite emplear coque de calidad inferior.
Ante-crisol.- La sangría del metal fundido, que en los cubilotes es intermitente, puede hacerse continua
vertiendo el caldo en un ante-crisol colocado junto a la piqueta de colada. Estos ante-crisoles pueden ser fijos, de
ladrillo refractario o bien móviles y basculantes, construidos con chapa revestida con refractario. Algunos llevan
también un sistema de caldeo para mantener fundido el metal.
Los ante-crisoles mejoran la calidad de la fundición haciéndola más homogénea, mejor desulfurada y con una
más completa separación de la escoria.

Figura. 2.20. Descripción de las zonas del
Horno de Cubilote

1. Hornos de cama o lecho fluidizado.
◉ Horno de Hogar Abierto y/o Reverbero.
El horno de hogar abierto semeja un horno enorme, y se le denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo)
una especie de piscina larga y poco profunda (6 m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente).
El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza, empleando aire pre-calentado, combustible líquido y gas
para la combustión, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales, fundiéndolos. Al mismo tiempo, se quema (o se
oxida) el exceso de carbono y otras impurezas como el fósforo, silicio y manganeso.
Este proceso puede acelerarse introduciendo tubos refrigerados por agua (lanzas), los que suministran un grueso flujo de
oxígeno sobre la carga. Periódicamente, se revisan muestras de la masa fundida en el laboratorio para verificar la
composición empleando un instrumento denominado espectrómetro. También se determinan los niveles de carbono. Si se
está fabricando acero de aleación, se agregarán los elementos de aleación deseados. Cuando las lecturas de composición son
correctas, el horno se cuela y el acero fundido se vierte en una olla de colada.
Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre
10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo
que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos
tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se
consideran como hornos regenerativos.

Los recubrimientos de los hornos de hogar abierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los
de línea ácida ((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida
son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la
línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.
Figura 2.21. Esquema de un Horno de Hogar Abierto

En estos hornos se quema el combustible en uno de los extremos de la cámara; la llama y los otros productos de la
combustión son dirigidos por la forma de bóveda hacia la carga existente en la solera, que se encuentra en el trayecto de los
gases hacia la salida de humos y la chimenea.
El calor de la bóveda se transmite por radiación hacia la carga que queda debajo. Son ejemplos de esos tipos de hornos los
de pudelado, que se empleaban para fabricar el llamado hierro forjado, y los utilizados en la fabricación de fundición maleable,
y la fundición de metales no ferrosos.
La carga se funde en una solera de poca profundidad, mediante la llama producida en un quemador o lugar situado en uno
de los extremos de la solera. Los primeros solo tenían capacidad solo de 350 a 450 kilogramos de metal, pero en los modernos
la capacidad es de 10 a 30 toneladas llegando incluso a 80.la figura muestra un clásicohorno de reverbero.
Es muy adecuado para la fabricación de piezas coladas de fundición maleables de núcleo negro, para cilindros de
laminación y grandes piezas de bronce por ejemplo, hélices de barco, la lentitud de la fusión y el sistema de control por cargas
permiten una gran precisión en la fusión.
En los hornos para fundición maleable las paredes suelen ser de ladrillos refractarios neutros, encerrados en una vuelta de
acero o fundición y la solera es de ladrillos o arena de sílice fritada. El ancho interior es de generalmente de entre 150 y 300 cm.
de ancho y su longitud varía entre 450 a 1500 cm.
La bóveda está formada por una serie de arcos de ladrillos refractarios. La bóveda es inclinada descendiendo desde el hogar
hasta el extremo en que se encuentra la chimenea. Le altura de la bóveda depende de el volumen que ocupa la carga no fundida,
que es de 0.5 a 0.6 m por tonelada de carga.

Figura 2.22. Horno de Hogar Abierto.

Si el horno se calienta con carbón en trozos es necesaria una parrilla separada de la solera por un muro bajo el altar del
hogar de 45 a 90 cm. de altura. La solera tiene una inclinación hacia la piquera de la colada, situada generalmente entre el
centro del horno y el extremo del hogar.
Los hornos grandes suelen calentarse con carbón pulverizado o con aceite, es importante la altura del baño. Una solera
extensa y un baño de poca altura aseguran un rápido sobrecalentamiento del metal fundido a expensas de pérdidas por
oxidación. El diseño debe procurar una compensación económica.
La práctica usual de carga consiste en empujar chatarra ligera hacia cilindros de laminación, y finalmente se pone de arrabio
por encima. De esta forma el material más pequeño queda próximo al fondo y es protegido de la oxidación excesiva por el más
grueso que se encuentra arriba.
En la parte superior quedan los materiales de más bajo punto de fusión, la carga suele efectuarse a través de la bóveda,
pero, algunos hornos se cargan por las puertas, que sirven también para el rebelo y la toma de muestras. Las puertas deben ser lo
más estancas al aire que se queda para que se mantenga al máximo el tiro de la chimenea.
Una colada de 30 toneladas se puede fundir a mayor velocidad que una de 15 toneladas, pero la duración total de la fusión
es mayor que en la colada más grande. Esto lleva muchas veces a instalar hornos mas pequeños que puedan producir mayor
número de coladas al día. En un buen horno se pueden fundir25 toneladas de carga en 6 horas. Algunas veces se recuperan los
gases de salida para precalentar el aire de combustión.
Cuando se empieza a sangrar el horno conviene sacar todo el metal más rápidamente posible para evitar que las pérdidas de
silicio y manganeso sean mayores, de alrededor del 20%. Los hornos de reverbero pueden emplearse acoplados a un cubileteen
un proceso dúplex.

Algunas veces se emplean pequeños hornos de reverbero, con capacidad de 45 kilos a 2 toneladas para la fusión de
metales no férreos. Por ejemplo, latones y bronce. Pueden ser estacionarios o basculables. Uno de los tipos más pequeños son
los hornos moderno llamados de solera seca, que se emplean para los metales de punto de fusión más bajo, el metal líquido,
sobre una solera inclinada fluye muy rápidamente, a un recipiente desde la cualse saca con cucharas para su utilización.
Esto evita el sobrecalentamiento del metal y la formación de óxido en la solera. El calentamiento es por gas, aceite o una
combinación de ambos directamente sobre la carga. Las capacidades de fusión varían de 140 a 900 kilos de aluminio por hora,
con baños de capacidades de 230 va 900 kilogramos.
Figura 2.23. Hornos de Hogar Abierto para fundición de aluminio.

 Horno de Siemens Martin
El horno Siemens Martin es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda de ladrillo refractario, que
refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Tiene siempre chimenea.
El combustible no está en contacto directo con el contenido, sino que lo calienta por medio de una llama insuflada sobre él
desde otra cámara siendo por tanto el calentamiento indirecto.
Es utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y separar la escoria, así como para la fundición de mineral y el
refinado o la fusión de metales Tales hornos se usan en la producción de cobre, estaño y níquel, en la producción de ciertos
hormigones y cementos y en el reciclado del aluminio. Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición tanto de metales
férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio.
Durante el proceso, se remueve desde una ventana el mineral fundido para que el calor actúe lo más uniformemente posible
sobre toda la masa. Constan esencialmente de un hogar, un laboratorio con solera inclinada que permite que “escurra” el metal
fundido hacia una canal por la que sale al exterior donde se vierte en los moldes. Sobre esta solera se dispone el material a
tratar, extendido y con poca altura y bóveda y de una chimenea.
El tipo más sencillo quema hulla en una parrilla y la llama, con los productos de la combustión se refleja (reverbera) en la
bóveda o techo del horno, atraviesan el espacio que hay sobre la solera (donde se sitúa la carga metálica) y son evacuados por la
chimenea, colocada en el extremo opuesto a la parrilla. En la actualidad se emplean más los combustibles gaseosos, Líquidos y
el carbón pulverizado, los cuales se insuflan en el horno, mezclados con aire precalentado, por medio de un quemador situado
en un extremo.

La capacidad de estos hornos es muy variable, y su campo de aplicación es muy amplio, ya que pueden fundir latones,
bronces, aleaciones de aluminio, fundiciones y acero. Consta de un recuperador de calor, al igual que el alto horno,
destinados a economizar combustible y alcanzar una temperatura suficientemente elevada para fundir el metal. Están
constituidos por dos pares de cámaras, formadas interiormente por una serie de conductos sinuosos de ladrillo refractario. Su
funcionamiento es como sigue:
Los gases calientes que salen del horno, al pasar a través de los recuperadores, les comunican su calor y, cuando están
suficientemente calientes, mediante un dispositivo automático de válvulas, se invierte el sentido de circulación, de forma que
el gas y el aire, antes de entrar en el horno, pasan por los recuperadores calientes y alcanzan temperaturas de 1000 °C a 1200
°C llegándose a conseguir de esta forma los 1800 °C. Mientras tanto los gases de la combustión pasan a través de los otros
recuperadores que ahora están en periodo de calentamiento.
Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema
el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son
dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea
fundir. Esta carga se calienta, no solo por su contacto con las llamas y gases calientes sino también por el calor de radiación
de la bóveda del horno de reverbero.
Aproximadamente, la superficie de la solera es unas tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre
un ancho de 150 a 300 cm y una longitud de 450 a 1500 cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila
entre los 45 Kg a los 1000 Kg que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta las 80 Tm que tienen los
mayores empleados para la fusión de la fundición de hierro.

Las bajas temperaturas de fusión del aluminio y su facilidad para oxidarse hacen que el cambio a fusión con
oxígeno en los Hornos de Reverbero requiera diseños de quemadores específicos para evitar
sobrecalentamientos. Este problema no ocurre en los hornos rotativos debido por una parte al giro del horno,
que hace que la temperatura en su interior se homogenice con facilidad y por otra a la utilización de sales de
protección que evitan sobrecalentamientos del material.
La primera de las tecnologías consiste en la utilización de un quemador de baja temperatura de llama que evita
sobrecalentamientos, bien de la bóveda bien del aluminio, y amplio desarrollo de la misma, con lo que se asegura
una gran homogeneidad tanto en la transmisión del calor como en la temperatura. La tecnología de quemador está
basada en la combustión por etapas, que como ventaja adicional reduce enormemente las emisiones de NOx.
Las tecnologías de combustión con oxígeno en los hornos de reverbero para fusión de aluminio permiten,
respecto a la utilización de quemadores de aire frío:
 Incrementar la producción alrededor del 50%
 Reducir el consumo energético entre un 40 y un 50%
 Reducir el volumen de humos emitidos más del 70%
 Reducir las oxidaciones del aluminio más de un 20%

Figura 2.24. Horno Siemens Martin para fundición de cobre.

1. Hornos Eléctricos
Los hornos eléctricos se emplean cada vez más para fundir los metales y en los últimos años han aparecido tipos
nuevos y perfeccionados. Hay, sin embargo que hacerse cargo de su importancia relativa por lo que describiremos
los diversos tipos en el orden de su importancia industrial. Los hornos eléctricos de fusión se clasifican en tres
grupos fundamentales:
 Hornos de arco eléctrico.
 Hornos de inducción.
 Hornos de resistencia.
 Horno de Arco Eléctrico
Un horno de arco eléctrico (siglas en inglés: EAF ('Electric Arc Furnace')) es un horno que se calienta por
medio de un arco eléctrico. Los tamaños de un horno de arco eléctrico van desde la tonelada de capacidad (utilizado
en fundiciones) hasta las 400 toneladas de capacidad utilizado en la industria metalúrgica. Además, existen hornos de
laboratorio y usados por dentistas que tienen una capacidad de apenas doce gramos. La temperatura en el interior de
un horno de arco eléctrico puede alcanzar los 1800 grados Celsius.

Figura. 2.25. Taller de fundición con dos hornos de arco eléctrico

El primer horno eléctrico de arco se desarrolló por el francés Paul Héroult, con una planta comercial
establecida en EE.UU. en 1907. En principio, el acero obtenido por horno eléctrico era un producto especial
para la fabricación de máquinas herramienta y de acero resorte. También se utilizaron para preparar carburo de
calcio para las lámparas de carburo.
En el s. XIX, el horno de arco eléctrico se empezó a emplear en la fundición de hierro. Sir Humphry Davy
llevó a cabo una demostración experimental del horno en 1810; el método de soldadura por arco eléctrico fue
investigado por Pepys en 1815; Pinchon itentó crear un horno electrotérmico en 1853; y, en 1878 - 79, Sir
William Siemens patentó el horno de arco eléctrico. El horno eléctrico de Stessano era un horno de arco que
rotaba para mezclar la colada.
Los hornos de arco eléctrico fueron utilizados en la Segunda Guerra Mundial para la producción de
aleaciones de acero, fue después cuando la fabricación de acero por este método comenzó a expandirse. El bajo
coste en relación a su capacidad de producción permitió establecerse nuevas acerías en Europa en la
postguerra, y también permitió competir en bajo coste con los grandes fabricantes de Estados Unidos, tales
como Bethlehem Steel y U.S. Steel, con productos de viguería, embarrados, cables y laminados para el
mercado estadounidense.

El hecho de que un horno de arco eléctrico use acero procedente de chatarra como materia prima tiene un
impacto en la calidad de un producto laminado, debido al control de calidad limitado sobre las impurezas que
contienen un acero procedente de chatarra.
El horno de arco eléctrico para acería consiste en una recipiente refractario alargado, refrigerada por agua para
tamaños grandes, cubierta con una bóveda también refractaria y que a través de la cual uno o más electrodos de
gráfito están alojados dentro del horno. El horno está compuesto principalmente de tres partes:
 El armazón, que consiste en las paredes refractarias y la cimentación.
 El hogar, que consiste en el lecho refractario que bordea la cimentación.
 La bóveda o cubierta, de aspecto esférico o de frustrum (de sección cónica), cubre el horno con material
refractario. Puede estar refrigerada con agua. La bóveda está construida con materiales de alta resistencia
piroscópica (generalmente hormigón refractario) para soportar grandes choques térmicos y en el cual entran los
electrodos de grafito que producen el arco eléctrico.

Figura. 2.26. Un esquema de la sección transversal de un horno de arco eléctrico.
Tres electrodos, material fundido, desembocadura a la izquierda, bóveda extraíble de ladrillo
refractario,paredes de ladrillo y un hogar con forma de tazón y de material refractario

El hogar puede tener una forma hemiesférica u ovoidal. En talleres de fundición modernos, el
horno suele levantarse del suelo, así la cuba y los vertederos y las cucharas de colada pueden
maniobrar sobre la base del horno. Separado de la estructura del horno está el sistema eléctrico y el
soporte del electrodo, además de la plataforma basculante sobre la que descansa el horno.
Un horno típico de corriente alterna tiene tres electrodos. Los electrodos tienes una sección
redonda y, por lo general, en los segmentos con acoplamientos roscados, de modo que a medida que se
desgastan los electrodos, se pueden agregar nuevos segmentos.
El arco se forma entre el material cargado y el electrodo, así la carga se calienta tanto por la
corriente que pasa a través de la carga como por la energía radiante generada por el arco. Los
electrodos suben y bajan automáticamente mediante un sistema de posicionamiento, que puede
emplear ya sean montacargas eléctricos o cilindros hidráulicos.
El sistema de regulación mantiene aproximadamente constante la corriente y la potencia de entrada
durante la fusión de la carga, a pesar de que la chatarra puede moverse debajo de los electrodos a
medida que se derrite. Los brazos del mástil de sujeción de los electrodos llevan pesados embarrados,
los cuales pueden estar huecos con tuberías de cobre refrigeradas por agua llevando corriente eléctrica
a las sujeciones de los electrodos.

Los modernos sistemas utilizan "brazos calientes", donde el brazo entero conduce la corriente, aumentando el
rendimiento. Éstos se pueden fabricar de acero revestido de cobre o de aluminio. Puesto que los electrodos se mueven
arriba y abajo de forma automática para la regulación del arco y se levantan para permitir quitar la bóveda del horno,
cables refrigerados por agua pesada conectan el haz de tubos y brazos con el transformador situado junto al horno. Para
proteger el transformador del calor, éste se instala en una cámara acorazada.
El horno está construido sobre una plataforma basculante para que el acero líquido se vierta en otro recipiente para el
transporte. La operación de inclinación del horno para verter el acero fundido se conoce como "tapping". Originalmente,
todos los hornos de producción de acero tenían un caño para verter que estaba revestido de refractario que aliviaban
cuando estaban inclinados, pero a menudo los hornos modernos tienen una desembocadura excéntrica en la parte inferior
(EBT) para reducir la inclusión de nitrógeno y de escoria en el acero líquido. Estos hornos tienen una abertura que pasa
verticalmente a través del hogar y el armazón, y se encuentra fuera del centro en la estrecha "nariz" del hogar ovalado.
Las plantas modernas pueden tener dos armazones con un solo sistema de electrodos que se pueden transferir entre
las dos armazones; un armazón precalienta la chatarra mientras que el otro armazón se utiliza para la fusión. Otros hornos
basados en corriente continua tienen una disposición similar, pero tienen electrodos para cada armazón y un solo sistema
electrónico.
Existen hornos de CA que por lo general exhiben un patrón de calor y puntos fríos alrededor del perímetro del hogar,
con los puntos fríos situados entre los electrodos. Hay hornos modernos donde montan quemadores de combustible de
oxígeno en la pared lateral y los utilizan para proporcionar energía en esos puntos fríos, consiguiendo un calentamiento
del acero más uniforme.

La energía química adicional se proporciona mediante la inyección de oxígeno y carbono en el horno; históricamente
esto se hacía a través de lanzallamas en la puerta de la escoria, ahora esto se hace principalmente a través de múltiples
equipamientos de inyección empotrados en la pared.
Un moderno horno de fabricación de acero de tamaño mediano que tiene un transformador de 60 MVA de capacidad,
con una tensión secundaria entre 400 y 900 voltios y una corriente secundaria de más de 44.000 amperios. En un taller
moderno, un horno debería producir una cantidad de 80 toneladas métricas de acero líquido en aproximadamente 60
minutos de carga con chatarra fría para aprovechar el horno.
Figura. 2.27. Sistema de Funcionamiento de
un Horno de Arco Eléctrico

En comparación, los hornos básicos de oxígeno pueden tener una capacidad de 150-300 toneladas por lote, y pueden
producir un lote entre 30 y 40 minutos. Existen enormes variaciones en los detalles del diseño y el funcionamiento del horno,
dependiendo del producto final y las condiciones locales, así como los últimos estudios para mejorar la eficiencia del horno,
el mayor horno dedicado a chatarra (en términos de capacidad y de tamaño de transformador) se encuentra en Turquía, con
una capacidad de 300 toneladas métricas y un transformador de 300 MVA.
Producir una tonelada de acero en un horno de arco eléctrico requiere aproximadamente de 400 kilovatios- hora de
electricidad por tonelada corta, o alrededor de 440 kWh por tonelada métrica; la cantidad mínima teórica de energía
requerida para fundir una tonelada de chatarra de acero es de 300 kWh (punto de fusión 1520°C/2768°F). Por lo tanto, dicho
horno de arco eléctrico de 300 toneladas y 300 MVA requeriría aproximadamente de 132 MWh de energía para fundir el
acero, y un "tiempo de encendido" (el tiempo que el acero se funde con un arco) de aproximadamente 37 minutos. La
fabricación de acero con arco eléctrico es sólo rentable donde hay electricidad abundante, con una red eléctrica bien
desarrollada.
Los hornos eléctricos de inducción utilizan una corriente inducida para fundir la carga. La energía es del tipo de
inducción sin núcleo dada por una corriente de alta frecuencia que suministra a la bobina primaria, enfriada por agua que
circunda al crisol. La corriente de alta frecuencia es alrededor de 1000 Hz, suministrada por un conjunto motor-generador o
un sistema de frecuencia con arco por vapor de mercurio.
El crisol es cargado con una pieza sólida de metal, chatarra o virutas de operaciones de mecanizados, al cual se le induce
una alta corriente secundaria. La resistencia de esta corriente inducida en la carga se hace en 50 o 90 min, fundiéndola en
grandes crisoles que contienen arriba de 3.6 Ton de acero.

Figura. 2.28. Tipos de Hornos de Arco Eléctrico

 Hornos de Resistencia
Los hornos industriales de resistencias son aquellos en que la energía requerida para su calentamiento es de tipo eléctrico
y procede de la resistencia óhmica directa de las piezas o de resistencias eléctricas dispuestas en el horno que se calientan por
efecto Joule y ceden calor a la carga por las diversas formas de transmisión de calor.
Hay 2 clases fundamentales de hornos de resistencia. Los de la primera se calientan mediante resistencias de aleaciones
tales como la Niquel-Cromo 80/20, en forma de cintas o varillas; generalmente un crisol o recipiente para el metal líquido y
sirven para aleaciones de bajo punto de fusión, como las de soldadura, las de tipos de imprenta, los metales antifricción para
cojinetes y algunas veces las de aluminio.
Los elementos de caldeo se disponen alrededor del exterior del crisol y todo el horno queda dentro de una carcasa rellena
con un material refractario y aislante térmico. Los elementos de caldeo suelen estar soportados por el revestimiento
refractario. La figura 13 muestra un horno de este tipo.
El segundo tipos de hornos de resistencia sirve para temperaturas más elevadas y recuerda a los hornos basculantes de
arco indirecto. La diferencia fundamental es que la calefacción no la produce el arco indirecto que salta entre los 2 electrodos.
Sino que calienta por resistencia; los hornos son siempre cilíndricos, revestidos con un refractario adecuado; la barra de
grafito está colocada horizontalmente y coincidiendo con el eje del cilindro. Bascula alrededor del eje horizontal del cilindro
para distribuir mejor el calor radiado y bañar casi todo el refractario con el metal líquido, la barra- resistencia esta mentada en
soportes de grafito y se puede sacar del horno para efectuar la carga. Este tipo de horno se ha empleado para fundir y
sobrecalentar fundiciones de hierro especiales, y también sirve para fundir bronce y otras aleaciones de cobre.

Figura 2.29. Ejemplos de Hornos de Resistencia.

El calentamiento de piezas por resistencias eléctricas puede ser directo, cuando la corriente eléctrica pasa por las piezas, o
indirecto, cuando las piezas se calientan por radiación, convección o una combinación de ambas, procedente de las resistencias
propiamente dichas dispuestas en las proximidades de las piezas.
El calentamiento por resistencia directa es adecuado para piezas metálicas de gran longitud y sección pequeña y uniforme,
tales como barras, palanquillas, varillas, alambres y pletinas. Como se obtienen tiempos de calentamiento muy cortos, pueden
acoplarse los equipos a la cadencia de laminación, forja o conformado en caliente.
La distribución de temperatura en la sección de la pieza se puede ajustar por el tiempo de calentamiento, y es posible obtener
en el centro una temperatura ligeramente superior a la de la superficie. Durante el corto tiempo de calentamiento la oxidación
superficial es despreciable y tampoco se produce una descarburación superficial que afecte a la calidad.
En la industria es mucho más frecuente el calentamiento indirecto por resistencias eléctricas. Dichas resistencias pueden ser:
1. Barras, varillas, alambres o pletinas, dispuestos en las paredes de la cámara de calentamiento del horno, transmitiendo calor a
las piezas por radiación.
1. Paquetes de resistencias de los mismos materiales que transmiten el calor por convección al aire o gases, y de éstos, también
por convección, a las piezas.
1. Los mismos materiales, dispuestos en el interior de tubos radiantes, cuando la atmósfera interior del horno sea perjudicial
para una vida razonable de las resistencias expuestas directamente.
1. Resistencias blindadas, dispuestas en el interior de fundas metálicas de pequeño diámetro con un material cerámico de llenado
de las fundas metálicas. Se adquieren de fabricantes especializados y, normalmente, se aplican a temperaturas inferiores a las

Figura 2.30. Ejemplos de la disposición de las resistencias en los hornos.

Las resistencias de calentamiento indirecto se clasifican del siguiente modo:
 Metálicas,
 No metálicas,
 Tubos radiantes (Figura 2.2.1), van colocados en la bóveda del horno
 Resistencias blindadas, típicas para calentamiento de líquidos en baños, tanques de temple,
precalentadores de combustión, etc., que en el caso de calentamiento de gases van provistos,
normalmente, de aletas para aumentar la superficie de intercambio.
Figura 2.31. Ejemplos de la forma y colocación de las
resistencias dentro de los hornos.

1. Hornos de Inducción
Los hornos de inducción se utilizan sobre todo porque son bastante limpios, pueden derretir materiales con rapidez,
y en general son asequibles para mantener y operar. También permiten un control preciso de la temperatura y el calor.
Debido a que ganan calor muy rápidamente no se deben dejar en marcha entre operaciones para así ahorrar en recursos
energéticos y ayudar a administrar los costos de operación.
 Calor de inducción
El calor por inducción es un medio de calentamiento o de fundición de metal que utiliza corrientes eléctricas para
calentar el material. El calor eléctrico es limpio y eficiente. Proporciona calor rápido y consistente a lo largo del horno y
permite que el material se caliente uniformemente.
El calor de inducción se basa en una bobina hecha con un tubo de cobre. El agua fluye a través de las bobinas que
trabajan junto a los elementos de calefacción de cobre y ayudan a enfriar el horno según sea necesario. El tamaño y
forma de la bobina puede ser determinada según la aplicación específica para la que se utilice el horno.
En los hornos de inducción el rango de frecuencias de operación va desde la frecuencia de red (50 ó 60 Hz) hasta los
10 kHz, en función del metal que se quiere fundir, la capacidad del horno y la velocidad de fundición deseada -
normalmente un horno de frecuencia elevada (más de 3000 Hz) es más rápido, siendo utilizados generalmente en la
fundición de aceros, dado que la elevada frecuencia disminuye la turbulencia y evita la oxidación. Frecuencias menores
generan más turbulencias en el metal, reduciendo la potencia que puede aplicarse al metal fundido.

 Tipos de Hornos de Inducción
Existen tres clases fundamentales de hornos de inducción:
 Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas comoparásitas, inducidas
en el metal, que actúa como núcleo de un selenoide.
 Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna através del metal
que queremos fundir.
 Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentarcuando es
sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia.
 Funcionamiento del Horno de Inducción
Durante el funcionamiento normal de un horno de inducción se emite un zumbido, silbido o chirrido (debido a la
magnetostricción), cuya frecuencia puede ser utilizada por los operarios con experiencia para saber si el horno funciona
correctamente o a qué potencia lo está haciendo.
 Por medio del control de velocidad se hace funcionar el motor para proporcionarle energía mecánica alalternador de alta
frecuencia.
 El alternador de alta frecuencia proporciona la energía alterna utilizada por el horno de inducción, estaenergía pasa a
través de un banco de capacitores automáticos para poder regular el factor de potencia.
 Un sensor de temperatura sensa la temperatura del horno, la señal es transmitida a un indicador detemperatura y a su
vez a un controlador o variador de velocidad.
 El variador de velocidad regula las revoluciones por minuto, al hacer esto esta variando la frecuenciadel alternador.

 Principales Cualidades de los Hornos de Inducción
Los hornos de inducción se utilizan sobre todo porque son bastante limpios, pueden derretir materiales con rapidez, y en
general son asequibles para mantener y operar. También permiten un control preciso de la temperatura y el calor. Debido a que
ganan calor muy rápidamente no se deben dejar en marcha entre operaciones para así ahorrar en recursos energéticos y ayudar a
administrar los costos de operación los mismo presentan:
 Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido.
 Las corrientes electromagnéticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masaa fundir.
 El control de la transmisión de temperatura se haga más o menos rápido es muy preciso.
 Se puede fundir en vacío.
 Las oxidaciones son muy pequeñas.
 Ventajas de los Hornos de Inducción
Dentro de las principales ventajas que trae la utilización de los hornos de inducción tenemos:
 Es limpio, eficiente desde el punto de vista energético
 Generar una gran cantidad de calor de manera rápida.
 Es un proceso de fundición y de tratamiento de metales más controlable que con la mayoría de losdemás modos de
calentamiento.
 Puede ser empleado en la fusión de materiales ferrosos y no ferrosos y todas sus aleaciones.
 Eficiente, ecológico y mayormente controlable en comparación con otras tecnologías.
 Maneja un rango de capacidades entre menos de 1 Kg y varias decenas de toneladas, y frecuenciasdesde las de red
(50-60 Hz), llegando a los 400KHz.

 Principales usos de los Hornos de Inducción
Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los altos hornos
por los de inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. Los hornos de inducción
pueden ser utilizados para fundir, soldar, tratar o ajustar por contracción cualquier material que sea adecuado para su uso con
calor por inducción. El tratamiento puede incluir materiales de recocido, endurecimiento o templado.
La inducción de calor puede ser utilizada para soldaduras fuertes o soldadura simple de cobre, bronce, latón o acero. El
ajuste por contracción puede implicar el montaje de piezas para una fabricación precisa. Los procesos de fundición se pueden
hacer con material de hormigón que sea compatible con calor por inducción. Estos metales incluyen el acero, bronce, cobre y
latón.
Figura. 2.32. Tipos de Hornos de Inducción.

◉ De Alta Frecuencia.
Las muchas variantes existentes de hornos de inducción no es posible en la actualidad clasificarlos rígidamente por la
frecuencia de la corriente usada. Los hornos que trabajan a frecuencias superiores a los 500 ciclos por segundo tienen un baño
en forma de crisol cilíndrico y no llevan un núcleo de hierro. Estos hornos se llaman corrientemente hornos de inducción sin
núcleo.
En los últimos años se han construido muchos hornos de este tipo que trabajan a 50 ciclos por segundo, es decir, la
frecuencia normal de las redes de suministro. Los primitivos hornos de inducción tenían un canal de fusión que formaba el
secundario en cortocircuito de un transformador; estos se pueden denominar hornos de inducción de canal.
• Hornos de inducción sin núcleo
La capacidad de estos hornos puede variar desde pocos gramos para fundir metales preciosos y para trabajos de
laboratorio, hasta unas 15 Ton de acero en las unidades, para producciones grandes. El baño es normalmente cilíndrico con
revestimiento ácido o básico, aunque los de este ultimo tipo no son todavía muy satisfactorios, en especial para los hornos muy
grandes.
Por tal razón la mayoría de los hornos implican revestimientos silíceos; generalmente se forman mediante un cemento seco
que lleva incluido el aglutinante y se sintetiza o frita en posición utilizando un modelo cilíndrico en el que se coloca la
primera carga.

Este modelo es normalmente de acero soldado o moldeado y es esencial para fritar el revestimiento a la temperatura
máxima de trabajo. El revestimiento va rodeado por la bobina inductora de tubo de cobre en forma aplastada; está
normalmente protegido por un barniz aislante y amianto.
En los hornos pequeños, de hasta p.ej., 250 Kg. de capacidad, la envuelta del horno es de cartón de amianto con
cemento aplicado sobre un armazón no magnético, porque si se utilizara una carcasa de material magnético, como el acero,
se produciría un calentamiento por el flujo disperso hacia el exterior de la bobina.
Cuando los hornos son grandes no se puede prescindir de una carcasa de acero y entonces hay que recurrir a una
pantalla magnética formada por paquetes de chapa de acero al silicio que forman un yugo magnético alrededor de la bobina
y que puede servir para soportarla.
Los hornos suelen ser basculables y a veces por pivoteo alrededor del pico de colada, en cuyo caso el horno se levanta
mediante un dispositivo hidráulico o un torno eléctrico y un cable. Estos hornos de inducción suelen trabajar a frecuencias
mayores de las normales y corrientemente se llaman de media frecuencia los que funcionan a 500 ciclos por segundo,
mientras se llaman de alta frecuencia a los que emplean más de 1000 ciclos por segundo.
La mayoría de los hornos grandes, de más de aproximadamente 250 Kg. suelen alimentarse con un equipo motor
generador, pero los pequeños de p.ej., 10 Kg. pueden utilizar osciladores de chispa en mercurio que engendran corrientes
con frecuencias de 10000 a 20000 ciclos por segundo.
También pueden emplearse generadores de válvulas termoiónicas, con capacidades de hasta 50 KW y que trabajan a
frecuencias de 200 a 1000 ciclos por segundo. Todavía hay otros tipos de generadores de arco de mercurio que producen
frecuencias del orden de los 2000 ciclos por segundo.

Figura. 2.33. Hornos de Inducción de Alta Frecuencia

Las instalaciones más extendidas son las de motor generador, que suponen aproximadamente el 90% de la capacidad
de fusión de este tipo de hornos. El equipo de alimentación se compone de un motor trifásico que mueve a un generador de
alta frecuencia y un excitador.
El factor de potencia de estas instalaciones es de solo 0.1, por lo que hay que acoplar en paralelo: con la bobina de
inducción una batería de condensadores, parte de la cual por lo menos debe ser variable porque la capacidad del circuito
depende de las condiciones de fusión.
Este tipo de hornos ha sustituido ampliamente a los hornos de crisoles para la fabricación de aceros de herramientas y
de alta aleación, y se le prefiere para aleaciones níquel-plomo resistente al calor, aceros inoxidables, aceros para imanes y
en general para todas aquellas aleaciones que contienen grandes cantidades de elementos caros como cobalto, wolframio,
vanadio, cromo y níquel.
También es preferido para aleaciones que deben contener muy escaso carbono, porque el metal no tiene en ellos
contacto alguno con carbón.
Los hornos de inducción sin núcleo se basan en la ley física según la cual los cuerpos metálicos sometidos a la acción
de un campo magnético de corriente alterna se calientan tanto más cuanto más intenso es el campo magnético y cuanto más
elevada es la frecuencia.
Están constituidos por una espiral cilíndrica (enfriada por circulación interior de agua) de tubo de cobre de sección
rectangular o cuadrada, dentro de la cual va instalado un crisol que contiene el metal que se ha de fundir.

Por efecto del campo magnético generado por la espiral se induce una corriente a la masa metálica y la
energía eléctrica absorbida se transforma en calor. El crisol refractario no impide la acción del campo
magnético. Mientras que en los hornos de baja frecuencia se emplea la corriente industrial de 42 a 50 Hz, en los
hornos de alta frecuencia puede variar de 500 a 3000 Hz, pudiendo llegar a 20000 y más en pequeños hornos
experimentales.
En los hornos de tipo industrial, la corriente de alta frecuencia es obtenida con grupos giratorios motor-
alternador de alta frecuencia. Siendo bajísimo, sin embargo, el factor de potencia, hace falta disponer en serie o
en paralelo una batería de condensadores de capacidad tal que equilibren la corriente desfasada.
El revestimiento del horno se forma con una masa de granalla de cuarcita en diversas gradaciones de
tamaño, que se hace plástica con la adición del 6 al 8 % de caolín. Se debe poner un gran cuidado al efectuar el
revestimiento y el secado que le sigue, que será muy lento para evitar resquebrajaduras. También se puede
efectuar el revestimiento usando granos de cuarcita y ácido bórico en la proporción del 1,5 al 3 %. La
capacidad de esta clase de hornos puede variar desde unos pocos kilogramos hasta 10 a 12 toneladas con
potencias que alcanzan los 2000 kW y frecuencias de 500 a 600 Hz.

Figura. 2.34. Aplicación de los Hornos de
Inducción de Alta Frecuencia

Figura. 2.35. Partes de un Horno de
Inducción de Alta Frecuencia.

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